Caroline Samer obtient un diplôme de médecin en 2001 à Genève. Après une spécialisation en médecine interne et en pharmacologie et toxicologie cliniques, elle effectue un doctorat dans le domaine de la pharmacogénomique, puis un stage post-doctoral en pharmacologie moléculaire à Sydney. De retour aux HUG en 2009 comme cheffe de clinique puis médecin adjointe, elle est nommée responsable de l'unité de pharmacogénomique et de thérapie personnalisée, dans le Service de pharmacologie et toxicologie cliniques, en 2019. Ses recherches s'attachent à personnaliser et sécuriser la thérapeutique médicamenteuse (approche de médecine de précision) en mesurant les interactions gènes-environnement-maladie au niveau  pharmacocinétique et en exploitant les avancées des diverses technologies -omiques, notamment la pharmacogénomique. Elle est actuellement présidente du Groupe suisse de pharmacogénomique et de thérapie  personnalisée, vice-présidente de la Commission cantonale d'éthique de la recherche du canton de Genève et présidente de la division clinique de l’Union internationale pour la pharmacologie clinique et fondamentale (IUPHAR). Privat-docent de la Faculté de médecine de l’UNIGE en 2017, elle est nommée professeure assistante au Département d’anesthésiologie, pharmacologie, soins intensifs et urgences en février 2020.